玻璃剪切油基础油的组成剖析

许海龙 张翠侦 朱玉龙

中海油炼油化工科学研究院

通过蒸馏对玻璃剪切油样品中的不同基础油组分进行分离，并通过红外及其他理化性质分析手段对玻璃剪切油基础油的化学组成及含量进行分析。通过查阅相关资料和比对，确定玻璃剪切油样品的基础油由轻质环烷基矿物基础油、三羟甲基丙烷油酸酯组成，且两种组分的质量比约为1∶1。

玻璃是一种硬度高、韧性差的材料，在实际加工过程中，生产企业通过钻石磨头或剪刀等对玻璃进行精密切割[1]。同时，加工过程产生的大量玻璃粉附着在玻璃表面，容易产生研磨效果变差、磨头磨损加速、玻璃产品崩口开裂等问题。玻璃剪切油是指用于玻璃剪切加工过程中的冷却润滑液，是加工过程中不可缺少的配套材料之一，主要通过冷却、润滑、清洗、防锈等作用，改善玻璃切割表面的质量，提高加工精度，延长磨头或剪刀的使用寿命，同时带走加工过程产生的热量，有效清除零件和刀具表面上的切屑和其他粉粒，提高生产效率，具有优良的润滑性、冷却性、沉降性、清洗性、渗透性等性能[2]。

近年来，我国进口数控机床、加工中心等先进制造设备越来越多，同时许多玻璃加工厂大多是几种不同材质玻璃的混合加工作业，市场对各类精密玻璃产品的质量要求不断提升。传统低品质的玻璃剪切油已经逐渐不能满足玻璃精密剪切的需要[3]。因此，开发出能够满足市场需要的高品质玻璃剪切油意义重大。

为更好地指导国产高品质玻璃剪切油的产品开发，特对进口某知名玻璃剪切油产品不同基础油组分进行分离，并对结构组成进行剖析。

样品性质分析

理化性质分析

为更好地分析玻璃剪切油的基础油组成，对样品主要理化性质进行了分析，具体数据见表1。样品金属含量及模拟馏程见表2、表 3。

表1 玻璃纤维滤纸规格

表2 玻璃剪切油金属含量

结合表1～表3数据可知：

◇50%～60%馏程处，温度出现较大断层，说明以50%～60%馏分段为界，样品大量含有两种不同馏程的基础油组分；

◇样品黏度指数大于120，密度、折光率较大，可以判断样品中极有可能含有合成类基础油[酯类、醚类、PAO（聚α烯烃）等]组分；

◇由氧含量较高，可以判断样品中可能含有大量的酯类或醚类物质；

◇样品中K、P元素含量较高，且含有一定量的 Na、Ca、Fe、B、Cl等元素，说明样品中可能含有清净剂、极压抗磨剂等润滑油添加剂组分。

红外光谱分析

通过对样品进行红外光谱分析，初步定性判断玻璃剪切油样品的基础油类型，红外谱图如图1所示。

由图1可见，波数在1 745 cm-1和1 144 cm-1左右有较为明显的峰，说明样品中存在大量的羰基、醚基。查阅相关文献资料[4]表1数据，可以初步判断样品中含有两种基础油组分，其中一种为合成酯类基础油。

不同基础油组分分离与分析

基础油组分分离

为验证并细化上述结论，采用2种方案对玻璃剪切油中两种基础油组分进行分离。

95%乙醇萃取

按体积比1∶1，采用95%乙醇对玻璃剪切油的不同组分进行萃取分离，并对分层后的上下组分进行红外分析，发现95%乙醇不能对玻璃剪切油中的两种基础油组分进行有效分离。

表3 玻璃剪切油模拟馏程

图1 玻璃剪切油红外谱图

蒸馏切割分离

对该玻璃切割油样品进行减压蒸馏，利用不同组分馏程范围的不同，对样品中2种基础油组分进行分离。试验过程中发现，在切割温度为390 ℃左右时，馏出液体出现中断，初步判断390 ℃左右为实现两种主要组分分离的切割温度。

不同基础油组性质分析

对通过蒸馏分离开的两种组分进行红外光谱分析，具体如图2、图3所示。

由图2、图3可知：

◇＜390 ℃组分：组分中基本全为碳氢化合物，无酯类、醚类、醇类等物质存在，初步判断为矿物基础油。

◇＞390 ℃组分：组分中存在大量羰基和醚基，基本无羟基等官能团，可以判断＞390 ℃组分中主要为酯类合成基础油。

对2种组分进行主要理化性质分析，结果见表4。

根据表4数据分析：

◇＜390℃和＞390℃组分质量比约为1∶1。

◇＜390 ℃组分黏度指数为0，运动黏度较小，可以判断该组分为轻质环烷基基础油。

◇酯类合成油主要分为单油酸酯、双酯、多元醇酯、聚酯等。由＞390 ℃组分的100 ℃运动黏度较大，可排除单油酸酯（常用单油酸酯100 ℃运动黏度最大为3.4 mm2/s）、双酯（常用双酯100 ℃运动黏度最大为7.6 mm2/s）；由红外谱图中酯基含量较高可以排除聚酯。初步判断该组分为多元醇酯。

图2 ＜390 ℃组分红外谱图

图3 ＞390 ℃ 组分红外谱图

将以上数据与相关资料[4]酯数据进行比对，发现由三羟甲基丙烷和油酸合成的多元醇酯（三羟甲基丙烷油酸酯）与＞390 ℃组分相关数据相似度较高，具体数据见表5。

对三羟甲基丙烷油酸酯进行红外光谱分析，其谱图如图4所示。

将三羟甲基丙烷油酸酯与＞390 ℃组分进行比对后发现，两者谱图极为相似，确定玻璃剪切油样品中含有三羟甲基丙烷油酸酯。

结论

该玻璃剪切油样品基础油由轻质环烷基矿物基础油、三羟甲基丙烷油酸酯组成；两种组分的质量比约为1:1。

表4 2种组分主要理化性质

表5 性质对比

图4 三羟甲基丙烷油酸酯红外谱图